El término materia es abstracto y complejo y, aunque con una serie de matices comunes, puede usarse en varios contextos. El Diccionario de la Real Academia, en su primera acepción, define la materia como la realidad espacial y perceptible por los sentidos de la que están hechas las cosas que nos rodean y que, con la energía, constituye el mundo físico. En esta definición se indica de forma explícita que, para la física, el Universo está constituido únicamente por materia y energía. La materia está formada por átomos mientras que la energía es algo más abstracto, aunque, en su definición más general, cabe decir que es simplemente la capacidad para realizar un trabajo. En principio podría pensarse que la energía no tendría por qué estar relacionada directamente con la materia, pero se sabe que la famosa fórmula de Einstein E = mc2 relaciona ambos conceptos.
En un sentido más amplio se entiende por materia a aquellas entidades que tienen una existencia física, por oposición a lo espiritual, tal y como también lo recoge la Real Academia en su tercera acepción. Por tanto, queda patente que, en cualquier caso, el término materia hace referencia a toda entidad que posea cierta extensión en el espacio y que, de alguna forma e independientemente de su tamaño, es tangible para el ser humano manifestando una serie de propiedades físicas. Es decir, todo el mundo englobaría dentro de materia de forma inmediata a una mesa, un ladrillo, una botella o un gato, pero podría ser menos intuitivo pensar en otras entidades que sean más complicadas de percibir por los sentidos, como podría ser el gas nitrógeno, un autoensamblado molecular microscópico o un plasma. Todo eso sería materia independientemente de la dificultad que tengamos para interaccionar con el objeto en cuestión.
Por otro lado, el término material, que posee la misma raíz, cuando se usa como sustantivo adquiere un matiz adicional que limita la extensión del concepto, ya que según la Real Academia estaríamos hablando de cada una de las materias que se necesitan para una obra, o el conjunto de ellas. Esta característica hace que el alcance de material esté mucho más restringido que el de materia y que tenga cierta connotación estructural, por lo menos en última instancia. Por ejemplo, el agua, como cualquier líquido, evidentemente es materia, y también sería un material ya que es imprescindible para hacer cemento. Sin embargo, el gas cloro, que también sería materia, difícilmente podría clasificarse como material. Vemos entonces que la definición de material no está bien delimitada, por lo que, dependiendo del contexto, una misma sustancia podría ser o no ser clasificada como material según la disciplina científica (física, química…), como veremos a continuación. En este libro usamos el término material en general y, estrictamente hablando, los ejemplos que hemos seleccionado podrían ser clasificados o no como materiales dependiendo del contexto. Hay casos en los que resultaría obvio, como el acero o el hormigón, pero otros tendrían un carácter más dudoso, como el litio o un cristal fotónico.
Son varias las ciencias y disciplinas técnicas que de una forma u otra estudian la materia o los materiales. A raíz de la definición dada está claro que la física se ocupa del estudio de la materia (y de la energía) a un nivel muy general e incluyendo todas las escalas, desde la física nuclear, que estudia las partículas subatómicas que constituyen los átomos, hasta la astronomía y la astrofísica, que se enfocan en el estudio de los planetas, las estrellas y las galaxias. No obstante, a veces se considera que la física excluye de su estudio a aquellos fenómenos naturales que afectan a la estructura molecular de los cuerpos. Esto es porque, además de la física, la química también se centra en el estudio de la materia, pero a un nivel más particular, centrándose en la composición y las propiedades de la materia junto con el conjunto de transformaciones que esta experimenta sin que se alteren los elementos que la forman, ya que esto último volvería a estar englobado dentro de la física (nuclear). En cualquier caso, resulta obvio que la frontera entre la física y la química en lo que respecta al estudio de la materia no está nada clara, y tampoco merece mucho la pena gastar demasiado tiempo en ponerle etiquetas a todo.
Aparte de la física y la química, es obvio que la arquitectura y las ingenierías también hacen uso continuamente de los materiales y se nutren del conocimiento científico que se tiene sobre las propiedades de la materia, tanto a nivel físico como químico. Las disciplinas técnicas complementan los conocimientos científicos añadiendo una vertiente más aplicada y permitiendo que el conocimiento básico se integre en la actividad industrial. Por ello existe una ingeniería de materiales como una rama de la ingeniería centrada en las relaciones entre la estructura y las propiedades de la materia y cuyo objetivo sería diseñar la estructura de un material con el fin de obtener un conjunto de propiedades apropiadas para una determinada aplicación. Por tanto, la ingeniería de materiales, que está íntimamente ligada con la ingeniería mecánica y con los procesos de fabricación, precisa de unos conocimientos profundos de ciencia básica.
De hecho, este conocimiento científico es tan amplio que hace ya bastante tiempo se acuñó el término ciencia de materiales para referirse a esta disciplina que hace de nexo entre la ingeniería, la física y la química. De este modo, se trata de una ciencia de carácter interdisciplinar que se fundamenta en los conceptos de la física y la química pero que los aplica a diversas ramas de la ingeniería (química, mecánica, civil o eléctrica), a la arquitectura o a otras disciplinas científicas como pueden ser la biología, las ciencias ambientales o la biomedicina. Más recientemente, la ciencia de materiales también se ha encargado de estudiar los materiales a escala microscópica englobando a lo que actualmente se conoce como nanociencia y la consiguiente nanotecnología.
A lo largo de los siguientes apartados vamos a ver que la aproximación y el enfoque de cada disciplina a la materia y los materiales pueden ser sustancialmente distintos como resultado de las diversas circunstancias históricas en las que se constituyó cada disciplina. Aunque este libro se estructura en base a la clasificación que hace la ciencia de materiales, uno de sus objetivos es presentar una visión lo menos sesgada posible hacia alguna de las disciplinas, y en cambio proporcionar una perspectiva común e integradora para que cada lector incorpore esos conocimientos dentro de su formación particular y, sobre todo, que descubra que las distintas visiones no son mejores o peores, sino que son producto de una evolución lenta y razonada del objeto de estudio y que sin duda son complementarias y contribuyen a enriquecer el conocimiento.
Este texto pertenece al libro:
Carlos Romero Muñiz, José M.ª Gavira Vallejo: Noventa materiales de ingeniería para la enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/90mi/.
